河南省礦山起重機有限公司 高明利
電動葫蘆新型卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
河南省礦山起重機有限公司 高明利
卷筒裝置是鋼絲繩電動葫蘆的重要結(jié)構(gòu)部件之一,它包括葫蘆卷筒、卷筒外殼、導繩器等結(jié)構(gòu)。卷筒裝置的合理設(shè)計影響鋼絲繩的順利收放,進而會影響吊具、吊鉤的升降和重物的吊放。此外,卷筒裝置的外形尺寸又會影響葫蘆的外形尺寸、可加工性和工作平穩(wěn)性、噪聲大小等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,性能良好、成本低、能充分利用廠房面積的電動葫蘆卷筒裝置越來越受用戶歡迎。本文,筆者以電動葫蘆卷筒裝置為例,對其結(jié)構(gòu)設(shè)計進行詳細論述,以期對同行有所參考。
2009年,某單位委托筆者所在公司(河南省礦山起重機有限公司)生產(chǎn)制造一批額定起重量43 t、工作級別M 4、起升高度90 m的鋼絲繩電動葫蘆。卷筒長5 705 mm,按照傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計,實際上,如此長的卷筒根本無法加工。即使投入資金定做專用加工設(shè)備加工,其精度特別是卷筒兩端與繩槽也不能保證同心。并且合同生產(chǎn)周期也不許可。因此,筆者所在的公司放棄了傳統(tǒng)單層繞繩結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案,改用雙層繞繩結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案,有效縮短了卷筒裝置長度。該設(shè)計方案具體內(nèi)容包括:滑輪倍率設(shè)計為4/2,卷筒一端壓繩、雙出繩、導繩器設(shè)計為雙層導繩結(jié)構(gòu),起重量、起升高度以及工作級別按照合同要求設(shè)計。
1.鋼絲繩選型設(shè)計。已知額定載荷Gn=10 t,滑輪倍率a=4/2,鋼絲繩安全系數(shù)n=4,動載沖擊系數(shù)φ2=1.1。則
選擇抗拉強度等級為1 770 MPa 、6×37–∮15–IER鋼絲繩,鋼絲繩最小破斷力F=127 kN。則
式(2)中,η=0.9,N=2.75,因此nj=5.23 >n。符合有關(guān)標準規(guī)定。
2.卷筒直徑、長度設(shè)計。確定鋼絲繩直徑為 15 mm,卷筒繩槽螺距為16 mm,則卷筒直徑可按下式計算。
式(3)中,D為卷筒直徑 ,d為鋼絲繩直徑 。因此D≥16d=16×15 mm=240 mm。為了縮短卷筒結(jié)構(gòu)長度,在安裝條件及扭矩條件許可的情況下盡量選大值,該設(shè)計選擇D= 426 mm。當卷筒直徑和螺距確定后,就可以設(shè)計卷筒長度L:
式(4)中, H=90m,a=2,D=0.426m,d=0.015m,p=16mm,則L=2 351.8 mm ,取整為 2 355 mm。
經(jīng)計算,采用雙層繞繩結(jié)構(gòu)卷筒長度比傳統(tǒng)的單層繞繩卷筒長度縮短59%,該長度卷筒采用普通設(shè)備即可加工,而且可以保證設(shè)計精度,大大簡化了加工工藝,降低了加工費用。
3.卷筒強度計算。即卷筒壁厚設(shè)計。卷筒材質(zhì)選用Q345B,卷筒直徑D=426 mm。卷筒長度L=2 355 mm。則L/D=2 355 / 426=5.528 > 3。因此,設(shè)計卷筒應(yīng)力可按下式計算:
式(5)中,MW=3.238 t·m,W=2.5197×10–3,[σY]=172.5 MPa,則σl= 157.16 MPa,滿足要求。
4.階梯形導繩器設(shè)計。合適的導繩器裝置可以保證鋼絲繩順利排出和卷入,且不亂繩,還能減輕磨損。由于導繩器要同時壓兩層繩、并且這兩層繩要保持一定間距同步出繩,因此導繩器結(jié)構(gòu)設(shè)計為階梯形。階梯形導繩器裝置主要由階梯形導繩螺母、出繩卡板、固定鋼帶等零部件組成。階梯形導繩器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 階梯形導繩器結(jié)構(gòu)
導繩器螺母的右端按卷筒直徑設(shè)計,螺距設(shè)計為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu),中部按照第一層鋼絲繩纏繞直徑設(shè)計為控制和制導第一層鋼絲繩結(jié)構(gòu),設(shè)計有第一出繩口和第一出繩口卡板、固定鋼帶等;左端按照第二層繩纏繞直徑設(shè)計為控制和制導第二層鋼絲繩,設(shè)計有第二出繩口和第二出繩口卡板、固定鋼帶等,實際使用證明,該結(jié)構(gòu)導繩器具備鋼絲繩異層等距同步導出繩功能和上述要求的其他性能。
5.導繩器兩個出繩口間距S的確定。吊鉤動滑輪起升到最高點時,動滑輪中心距卷筒軸中心間距為542 mm,兩動滑輪間距為220 mm,出繩口鋼絲繩與動滑輪軸垂直截面夾角α=2.5°,則出繩口到動滑輪的垂直距離X=542 tg2.5°=23.7 mm。
依據(jù)220+2X≥S≥220-2X確定S的取值??紤]到S應(yīng)為繩槽螺距的整數(shù)倍,因此取S=180mm比較合適,此時鋼絲繩與動滑輪軸的垂直截面所成夾角α=arctg(220-180)/2×542=2.11°<3.5°,符合要求。出繩口結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。
圖2 出繩口結(jié)構(gòu)設(shè)計
經(jīng)過兩年多的實際應(yīng)用證明,采用雙層繞繩結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的電動葫蘆不僅具有性能良好、易于加工、葫蘆運轉(zhuǎn)基本無振動、葫蘆噪聲低、鋼絲繩及導繩器使用壽命長、成本低等優(yōu)點,同時還能充分地利用用戶的廠房面積。目前,筆者所在公司接到該類結(jié)構(gòu)要求的電動葫蘆合同越來越多,已經(jīng)形成大批量生產(chǎn),給公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。同時,降低了用戶的建筑費用和設(shè)備投資費用,經(jīng)濟、社會效益顯著。